压阻自感应原子力显微镜三自由扫描器的制作方法

本技术具体涉及一种压阻自感应原子力显微镜三自由扫描器。

背景技术：

1、原子力显微镜（atomic force microscope，afm）是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器，它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质，将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化，扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。

2、在半导体行业中，晶圆到芯片的加工过程中，晶圆需要经历各种加工制备工艺，为了提高芯片的成品率，需要各种量测表征设备对晶圆进行在线检测，从而优化加工制备工艺，原子力显微镜通过探针尖端与被测样品表面之间的机械力作为反馈，对被测样品表面形貌进行三维成像的精密量测，因此原子力显微镜成为晶圆加工制备过程中重要的量测表征设备。

3、压电陶瓷驱动，柔性铰链传动的扫描器是原子力显微镜重要定位部件，检测用的探针安装在扫描器上，三自由度压电驱动扫描器能够使原子力显微镜体积紧凑，安装工艺简化，刚度得到提高，但现有的三自由度压电驱动扫描器中的x-y方向扫描器输出端都处于x-y方向扫描器中部位置，z-方向扫描器安装在x-y方向扫描器输出端，目前这种设计的扫描器安装到原子力显微镜上后，探针安装和拆取空间较小，拆装操作困难，容易损坏探针。

4、在中国专利cn106195541，名称为：一种三自由度压电驱动微纳定位平台，中记载有，包括装配于转接基座内的z向运动平台；所述转接基座被xy向运动平台驱动；xy向运动平台通过x向复合桥式位移放大机构、y向复合桥式位移放大机构及半圆铰链支链解耦机构装配于底部基座中；所述xy向运动平台上分别安装有检查其x方向和y方向运动的光栅尺，所述光栅尺分别与检测x、y方向的光栅尺读数头配合共同完成纳米定位平台两个自由度运动的检测与反馈；所述x向复合桥式位移放大机构和y向复合桥式位移放大机构中均具有压电陶瓷驱动器以驱动xy向运动平台运动。

5、如专利cn106195541中附图所示，该专利中的x-y方向扫描器输出端几乎处于x-y方向扫描器中部位置，z-方向扫描器安装在x-y方向扫描器输出端，目前这种设计的扫描器安装到原子力显微镜上后，探针安装和拆取空间有限，操作困难，同时探针极易受到损坏。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是，背景技术中提及的现有原子力显微镜中扫描器上的x-y方向扫描器输出端处于x-y方向扫描器中部位置，扫描器安装到原子力显微镜上后探针安装和拆取空间小，操作困难的同时也极易损坏探针的问题。

2、针对上述技术问题，提出一种压阻自感应原子力显微镜三自由扫描器；通过以下技术方案实现的：一种压阻自感应原子力显微镜三自由扫描器，包括x-y移动机构、基板和z移动机构，所述x-y移动机构设置在基板内，x-y移动机构上的x-y输出端设置在基板的外部，所述x-y输出端在x-y移动机构内x-y弹性铰链的作用下沿x、y方向移动，z移动机构与x-y输出端连接，所述z移动机构中的z输出端在z向运动平台中z弹性铰链的作用下沿z向移动。

3、本实用新型中，利用设置在基板内的位移放大组件中的x压电陶瓷和设置在x-y弹性铰链内的y压电陶瓷，实现设置在基板外部且与x-y弹性铰链连接的x-y输出端在x、y方向上的可控移动，又把z移动机构安装在设置在基板外部的x-y输出端上，保证了扫描器整体具备在x、y、z三个方向上可控移动的同时也增大了探针安装和拆取的空间，操作方便的同时也避免了探针拆装过程中探针极易损坏的问题。

4、对本实用新型技术方案的优选，基板包括安装位移放大组件的位移放大组件安装孔、安装y压电陶瓷的y压电陶瓷安装孔和多个构成x-y弹性铰链的通槽，所述位移放大组件安装孔与y压电陶瓷安装孔设置在基板的同一平面内，且分列在基板的两端，这样的设置便于通过位移放大组件放大x-y弹性铰链在x方向上的位移距离，提高了扫描器整体在x方向上的测量距离。

5、对本实用新型技术方案的优选，构成x-y弹性铰链的通槽包括矩形槽、输出端行程槽和铰链y向行程槽，所述矩形槽、输出端行程槽和铰链y向行程槽绕y压电陶瓷安装孔外廓分布，所述输出端行程槽设置在x-y输出端处于基板的外部连通，铰链y向行程槽与输出端行程槽对向分布，矩形槽与铰链y向行程槽和输出端行程槽垂直分布设置在铰链y向行程槽和输出端行程槽的两侧，这样的设置便于通过多个通槽组成弹性的悬空的x-y弹性铰链，便于x-y弹性铰链上的x-y输出端移动。

6、对本实用新型技术方案的优选，矩形槽绕y压电陶瓷安装孔外廓设置有多条，在y压电陶瓷安装孔的四角各设置有一条矩形槽，其中靠近铰链y向行程槽的矩形槽与铰链y向行程槽连通，另外两个矩形槽与基板外部连通，在y压电陶瓷安装孔处靠近基板边缘的矩形槽的一侧，沿y方向设置有一条矩形槽，此矩形槽的长度大于设置在y压电陶瓷安装孔四周的矩形槽的长度，多个矩形槽和铰链y向行程槽及输出端行程槽组成了具有弹性的x-y弹性铰链，这样的设置便于通过压电陶瓷驱动x-y弹性铰链移动。

7、对本实用新型技术方案的优选，x-y移动机构包括位移放大组件、x-y弹性铰链、y压电陶瓷和x压电陶瓷，对x-y弹性铰链在x方向上位移距离进行放大的位移放大组件设置在基板上的位移放大组件安装孔内，x-y弹性铰链设置在基板内与位移放大组件连接，y压电陶瓷设置在基板中y压电陶瓷安装孔内，x压电陶瓷设置在位移放大组件内，y压电陶瓷和x压电陶瓷的设置便于驱动x-y弹性铰链在x、y方向上移动。

8、对本实用新型技术方案的优选，位移放大组件包括两个对称设置的桥式铰链和设置在桥式铰链上的支链，两个桥式铰链对向组合，中部的空腔为安装x压电陶瓷的空腔，桥式铰链上的一个支链与基板边缘接触，另一个支链与x-y弹性铰链接触，位移放大组件的设置便于放大x-y弹性铰链在x方向上的位移距离，提高了扫描器整体在x方向上的测量距离。

9、对本实用新型技术方案的优选，z移动机构包括z向运动平台、z弹性铰链和z压电陶瓷，z弹性铰链设置在z向运动平台内，z压电陶瓷设置在z向运动平台内，并且一端与z弹性铰链接触，z移动机构中的z输出端在z向运动平台中z弹性铰链的作用下沿z向移动，z弹性铰链的设置便于通过z弹性铰链带动z移动机构上的z输出端沿z向可控移动。

10、对本实用新型技术方案的优选，在z向运动平台上设置有安装z压电陶瓷的z压电陶瓷安装孔和多个构成z弹性铰链的矩形槽，所述矩形槽在z向运动平台上沿z输出端四周分布，样的设置便于通过多个矩形槽组成弹性的悬空的z弹性铰链，便于z弹性铰链上的z输出端移动，沿z向移动，实现扫描器整体在z方向上的运动和测量。

11、对本实用新型技术方案的优选，在z向运动平台上的z输出端上设置有安装探针的探针安装板，同时在z向运动平台上还设置有对z向运动平台进行防护的运动平台封板，所述运动平台封板安装在z向运动平台上设置探针安装板的平面上，运动平台封板的设置便于对z移动机构进行防护，延长了使用寿命。

12、本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：

13、本实用新型的技术方案，利用设置在基板内的位移放大组件中的x压电陶瓷和设置在x-y弹性铰链内的y压电陶瓷，实现设置在基板外部且与x-y弹性铰链连接的x-y输出端在x、y方向上的可控移动，又把z移动机构安装在设置在基板外部的x-y输出端上，保证了扫描器整体具备在x、y、z三个方向上可控移动的同时也增大了探针安装和拆取的空间，操作方便的同时也避免了探针拆装过程中探针极易损坏的问题。